مطالعه مشخصات ریزساختاری و رفتار اکسیداسیون سرامیک های بر پایه نیترید تیتانیم تقویت شده با Ti، Al و TiAl

در این پژوهش، رفتار اکسیداسیون داغ سرامیک های بر پایه نیترید تیتانیم (TiN) تقویت شده با تیتانیم (Ti)، آلومینیوم (Al)، و آلومیناید تیتانیم (TiAl) مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه ها با استفاده از روش تف جوشی پلاسمای جرقه ای (SPS) در دمای ۱۹۰۰ درجه سانتیگراد تحت فشار خارجی ۵۰ مگاپاسکال به مدت ۷ دقیقه فرآوری شدند. آزمون اکسیداسیون داغ در کوره ی لوله ای در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۸ ساعت در اتمسفر هوای ساکن و با نرخ گرمایش ۵/۱۰۷ درجه سانتیگراد بر دقیقه انجام شد. بررسی ریزساختاری و عنصری نمونه های تف جوشی شده و محصولات اکسیداسیون داغ با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) انجام گرفت. متعاقبا، چگالی نسبی نمونه های تف جوشی شده با استفاده از روش ارشمیدس و قانون مخلوط ها اندازه گیری شدند. مقادیر چگالی نسبی نمونه ها ۲۰/۹۵ درصد (TiN-Ti)، ۵۲/۹۷ درصد (TiN-Al) و ۴۵/۹۹ درصد (TiN-TiAl) حاصل شد. این تفاوت در تراکم ریزساختاری نقش تعیین کننده ای در سینتیک و مکانیزم اکسیداسیون ایفا کرده است. بر اساس تصاویر FESEM و نقشه های EDS، نمونه TiN-TiAl لایه ی اکسیدی نازک، متراکم و چسبنده ای با ترکیب TiO₂-Al₂O₃ تشکیل و بهترین مقاومت در برابر اکسیداسیون داغ را از خود نشان داده است. نمونه TiN-Al رفتار مشابهی با نمونه TiN-TiAl داشته، که با تشکیل لایه اکسیدی مختلط منجر به ممانعت نسبی از نفوذ اکسیژن گردید. در مقابل، نمونه TiN-Ti با تشکیل لایه ی اکسیدی غالبا TiO۲، متخلخل و پوسته پوسته، نفوذ عمیق اکسیژن را تسهیل نمود. نهایتا، افزودن آلومینیوم (به ویژه در قالب TiAl) و افزایش چگالی نسبی نمونه، منجر به شکل گیری لایه های اکسیدی محافظ تر با نفوذپذیری کمتر اکسیژن شد. لذا به نظر می رسد که ترکیب TiN-TiAl گزینه ای مناسب تر برای کاربردهای دما بالا در مقایسه با نمونه های TiN-Al و TiN-Ti می باشد.

کلیدواژه ها:

نیترید تیتانیم ، اکسیداسیون داغ ، ریزساختار ، تف جوشی پلاسمای جرقه ای